中科院院士：中國(guó)300wh/kg動(dòng)力電池已研發(fā)完成豐田的固態(tài)電池不稀奇

2018-01-09 10:57:42 來(lái)源:建約車評(píng) 作者:車評(píng)君　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

讓特斯拉Model 3限于難產(chǎn)的就是其著名的動(dòng)力電池2170，據(jù)說(shuō)比能量約為280瓦時(shí) 公斤。最新的消息是，中國(guó)的高鎳三元鋰電池，比能量超過(guò)300

但是問(wèn)題也有。

第一個(gè)問(wèn)題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低。

現(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。聚合物電解質(zhì)這種，其實(shí)這個(gè)電池已經(jīng)有了，現(xiàn)在在法國(guó)有些車上用，它的問(wèn)題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導(dǎo)率才上來(lái)，電池才能正常工作。

目前氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率一般比液態(tài)的還是要低很多。

只有硫化物的固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率現(xiàn)在跟液態(tài)的差不多，比如豐田就是用的這種硫化物的固態(tài)電解質(zhì)，所以固態(tài)電解質(zhì)是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態(tài)電解質(zhì)。

第二個(gè)問(wèn)題就是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差。

液體跟固體結(jié)合是很容易的，滲透進(jìn)去。但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好了，這是它很大的一個(gè)問(wèn)題。硫化物電解質(zhì)雖然鋰離子導(dǎo)電率已經(jīng)提高了，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問(wèn)題。

第三個(gè)問(wèn)題是金屬鋰的可充性問(wèn)題。

在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。

當(dāng)然還有一個(gè)問(wèn)題，就是制造成本偏高。

基于上述問(wèn)題，特別是固態(tài)界面接觸性/穩(wěn)定性和金屬鋰的可充性問(wèn)題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)，現(xiàn)在仍然還是不成熟的，還存在技術(shù)不確定性。

目前展現(xiàn)出或者有突破的，有性能優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。

固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池有什么區(qū)別?固態(tài)電池，不一定是全都是固態(tài)電解質(zhì)，就是說(shuō)還有一點(diǎn)液態(tài)，是液態(tài)跟固態(tài)混合的，看混合的比是多大。

固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì);所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說(shuō)電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。

關(guān)于固態(tài)鋰電池國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)

現(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、我國(guó)，都在投入。各個(gè)國(guó)家心態(tài)不太一樣。

例如美國(guó)，以小公司，創(chuàng)業(yè)型公司為主。美國(guó)有兩家公司還是不錯(cuò)的，都是初創(chuàng)公司，一個(gè)是Sakti3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級(jí)階段。還有一個(gè)叫Solid Power，被寶馬等幾家大公司投資了。美國(guó)主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術(shù)。

日本的，基本上是固態(tài)鋰離子電池。最著名的豐田，將在2022年實(shí)現(xiàn)商品化。

我們看看豐田干的是什么?豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，做的是固態(tài)鋰離子電池，它的負(fù)極是石墨類，硫化物電解質(zhì)，高電壓正極，單體電池容量15安時(shí)，電壓是十幾V的那種，2022年實(shí)現(xiàn)商品化，這個(gè)是靠譜的。

所以在日本，并沒(méi)有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國(guó)，也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多。

中、日、韓的情況是類似的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來(lái)。

三、綜合評(píng)述與展望

第一，鋰離子動(dòng)力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)。

目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強(qiáng)。這種電池的核心是安全性。

第二，作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期目標(biāo)的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展相對(duì)緩慢，2017年沒(méi)有看到突破性的進(jìn)展。

從原理來(lái)講，鋰硫電池的重量比能量跟體積比能量基本相當(dāng)，所以它的體積比能量要提上來(lái)是有相當(dāng)難度的。

我們乘用車、轎車對(duì)體積比能量的要求可能比重量比能量來(lái)的還要重要，雖然說(shuō)有每公斤400瓦時(shí)/公斤，體積比能量也只有400瓦時(shí)/升，這個(gè)我們對(duì)轎車來(lái)講就不大好了。

鋰離子電池一般來(lái)講，比方說(shuō)重量比能量300瓦時(shí)/公斤，體積比就可以達(dá)到600瓦時(shí)/升。

鋰空氣電池，應(yīng)該說(shuō)集合了鋅空電池、氫燃料電池、鋰二次電池的所有難點(diǎn)。相比而言氫燃料電池更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

第三，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫，但受到固/固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負(fù)極可充性兩大問(wèn)題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒(méi)有成熟，但是以無(wú)機(jī)硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池應(yīng)該說(shuō)出現(xiàn)突破。

總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)，最后到全固態(tài)。

至于負(fù)極，會(huì)是從石墨負(fù)極，到硅碳負(fù)極，我們現(xiàn)在正在從石墨負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型，最后有可能到金屬鋰負(fù)極，但是目前還存在技術(shù)不確定性。

第四，中國(guó)在高容量富鋰正極材料方面2017年取得了一些突破。基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負(fù)極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰-空電池更具可行性。

根據(jù)上面的進(jìn)展分析，我們專家組對(duì)技術(shù)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)判斷做了一次優(yōu)化迭代(不作為國(guó)家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)，僅供參考)，具體如下：

1、2020年，比能量300瓦時(shí)/公斤、比功率1000瓦時(shí)/公升，循環(huán)1000次以上，成本0.8元/瓦時(shí)以內(nèi)，這個(gè)是確定的。

這個(gè)所對(duì)應(yīng)的材料是什么呢?高鎳三元。大家知道我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)正在從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉(zhuǎn)向6：2：2，就是高鎳，鎳變成6，再轉(zhuǎn)變到8：1：1，鎳變成8，鈷進(jìn)一步降到1，甚至鈷進(jìn)一步降到0.5。負(fù)極要從碳負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型。這是我們當(dāng)前的技術(shù)變革。

2、到2025年，正極材料方面進(jìn)一步提升性能，比如說(shuō)我們今年取得重要突破的富鋰錳基材料，當(dāng)然還會(huì)有其他材料。

2020~2025年，從300瓦時(shí)/公斤—400瓦時(shí)/公斤，每瓦時(shí)成本從8毛錢(qián)降到6毛錢(qián)以內(nèi)。這個(gè)時(shí)候我們一般的性價(jià)比的純電動(dòng)轎車合理的里程300—400公里。

3、到2030年，在電解質(zhì)方面有希望取得突破，也就是2025~2030年最大的突破可能在電解質(zhì)，就是全固態(tài)鋰電池會(huì)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500瓦時(shí)/公斤。

2030年，常規(guī)的性價(jià)比車型應(yīng)該可以達(dá)到500公里以上。當(dāng)然需要其它技術(shù)的配合。

原標(biāo)題:中科院院士：中國(guó)300wh/kg動(dòng)力電池已研發(fā)完成豐田的固態(tài)電池不稀奇